3.4热力学第二定律 课后练习（word版含答案）

3.4热力学第二定律
一、选择题（共15题）
1．下列说法正确的是（　　）
A．由于扩散现象，我们能闻到巷子中的酒香
B．空调能使热量从低温物体传到高温物体，突破了热力学第二定律的限制
C．非晶体有固定的熔点，而晶体没有固定的熔点
D．布朗运动是悬浮颗粒分子的无规则运动
2．下列有关热现象分析与判断正确的是（　　）
A．物体的温度可以降到-273.15℃以下
B．当将橡皮筋拉伸时，橡皮筋内分子的引力和斥力都减小，引力减小得较快
C．知道水蒸气的摩尔体积和水分子的体积，可计算出阿伏加德罗常数
D．摩擦生热是利用做功来改变物体的内能
3．下列哪个过程具有方向性（　　）
①热传导过程　②机械能向内能的转化过程　③气体的扩散过程　④气体向真空中的膨胀
A．①② B．②③ C．①②③ D．①②③④
4．如图将一滴红墨水滴入一杯清水中，红墨水会逐渐扩散到整杯水中，呈均匀分布，则这个过程中熵的变化是（ ）
A．不变 B．变大 C．变小 D．无法确定
5．煤、石油、水能、生物能的共同点是（　　）
A．都是来自太阳辐射的能量 B．都是可再生常规能源
C．都是不可再生的能源 D．都是二次能源
6．下列说法正确的是（ ）
A．气体压强越大，气体分子的平均动能就越大
B．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
C．凡是遵守热力学第一定律的过程都一定能够发生
试卷第1页，共3页
D．在绝热过程中，外界对气体做功，气体的内能减少
7．下列现象可以用热力学第一定律解释的是（　　）
A．两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体
B．蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能
C．叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高
D．利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象
8．如图中用三个圆圈分别表示自然资源、能源和矿产资源。图中若两圆相交，表示两个概念有重叠的地方；两圆相离，表示它们互不相干；一个圆内部有另一个圆，表示一个概念包括了另一概念。图中的A、B、C、D能正确表示三者关系的是（　　）
A．A B．B C．C D．D
9．对下列过程的判断中不正确的是（　　）
A．电能可以全部变为内能
B．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C．热机中，燃气内能可能全部变为机械能
D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
10．以下关于热学的说法正确的是（　　）
A．物体温度升高时，物体内所有分子的动能都增大
B．水表面层的分子间的作用表现为相互吸引
C．气体产生压强是由于分子间相互排斥
D．符合能量守恒定律的过程都能自发进行
11．下列叙述正确的是（ ）
A．凡涉及热现象的宏观过程都具有方向性
B．气体的压强越大，分子的平均动能越大
C．外界对气体做正功，气体的内能一定增大
D．温度升高，物体内的每一个分子的热运动速率都增大
12．下列说法中正确的是（　　）
A．物理性质表现为各向同性的固体一定是非晶体
B．饱和汽压只跟汽体的自身性质与温度有关
C．液晶具有光学各向异性，所以液晶是晶体
D．任何系统的热力学熵都是增加的
13．下列关于热力学第二定律的理解正确的是（ ）
A．与热有关的自发的宏观物理过程都是不可逆的
B．所有热过程都是从有序变为无序
C．熵增加原理说明自然的物理过程具有方向性
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能全部转变为机械能
14．下列说法正确的是（ ）．A．悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显
B．热量不可能从低温物体传到高温物体
C．有些非晶体在一定条件下可以转化为晶体
D．理想气体，温度升高，内能一定增大
E．理想气体等压膨胀过程一定放热
15．以下说法正确的是______。
A．当一定质量气体吸热时，其内能不可能减小
B．布朗运动是液体分子的无规则运动
C．电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递
D．分子斥力随着分子间距离的增大而减小
E．气体在等压膨胀过程中内能一定增加
二、填空题
16．热力学第二定律有两种常见的表述，一是：不可能使热量由________物体传递到________物体，而不引起其他变化；二是：不可能从单一热源________热量并把它全部用来________，而不引起其他变化．
17．热量会自发地从高温物体传给低温物体，_________（选填“能”“不能”）实现相反过程，这说明热传导具有_________性．
18．下列说法中正确的是_________
A．满足能量守恒定律的宏观过程都是可以自发进行的
B．熵是物体内分子运动无序程度的量度
C．若容器中用活塞封闭着刚好饱和的一些水汽，当保持温度不变向下缓慢压活塞时，水汽的质量减少，密度不变
D．当分子间距离增大时，分子间引力增大，而分子间斥力减小
E.当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大
19．下列说法正确的是__________
A．第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律
B．被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功的同时会从外界吸收热量
C．由于液体表面分子间距离小于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势
D．两个分子间分子势能减小的过程中，两分子间的相互作用力可能减小
E．布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动
三、综合题
20．在当今世界，研制各种机器都必需考虑节约能源和治理废气污染这一重要课题。在内燃机中，废气带走了很多能量，如果能将这些能量再利用起来，会使内燃机的效率提高许多。某工厂科研人员研制生产的四冲程汽车专用柴油发动机，就采用了很多新技术。其中最重要的一项叫“增压”技术，它是利用“废气涡轮增压器”使排气冲程中排出的高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，它同时又带动同轴的进气系统中的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使做功冲程中柴油燃烧的更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高柴油发动机效率和减少废气污染的目的。这种柴油发动机有6个气缸，气缸直径为110mm，活塞行程为135mm，当转速为2300r/min时，发动机功率为220kW，最低油耗可达240g/(kW·h)，柴油的热值为4.3×107J/kg。请回答下列问题：
（1）该柴油发动机的效率最高可达多少？
（2）在做功冲程中气缸内的平均压强是多少？
（3）如果将我国这种机型的汽车柴油发动机都安装“增压器”后，能使它们的平均效率由原来约31%提高到近35%，安装前按每年消耗3亿吨柴油估算，这项技术每年能为我国节约多少吨柴油？
（4）如果目前我国柴油的平均价格为3750元/吨，根据上面的估算结果，计算使用“增压”技术后仅节约柴油一项可使我国每年节约多少资金。由此你有哪些认识？
21．通过网络、图书馆等途径，查阅第一类永动机、第二类永动机的概念、类型，以及他们的研究历史，比较两类永动机的不同，分析两类永动机不可能被制的原因。
22．试想，如果分子的运动可自发地从无序变为有序，会有什么现象发生？这些现象会自然发生吗？为什么？请与同学讨论交流。
23．(1)随着科技的迅猛发展和人们生活水平的提高，下列问题一定能够实现或完成的是 (　　)
A．假如全世界60亿人同时数1 g水的分子个数，每人每小时可以数5000个，不间断地数，则大约20年能数完(阿伏加德罗常数NA取6.0×1023个/mol)
B．热量可以从低温物体传到高温物体
C．热机的效率达到100 %
D．太阳能的利用普及到老百姓的日常生活中
(2)某学校研究性学习小组组织开展一次探究活动，想估算地球周围大气层空气的分子个数和早晨同中午相比教室内的空气的变化情况．一学生通过网上搜索，查阅得到以下几个物理量数据：地球的半径R＝6.4×106 m，地球表面的重力加速度g＝9.8 m/s2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，空气的平均摩尔质量M＝2.9×10－2 kg/mol，阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023个/mol.另一个同学用温度计测出早晨教室内的温度是7℃，中午教室内的温度是27℃.
①第一位同学根据上述几个物理量能估算出地球周围大气层空气的分子数吗？若能，请说明现由；若不能，也请说明理由．
②根据上述几个物理量能否估算出中午跑到教室外的空气是早晨教室内的空气的几分之几？
参考答案：
1．A
【详解】
A．扩散现象是由物质分子无规则热运动产生的分子迁移现象，闻到酒香属于扩散现象，故A正确；
B．空调采用了做功的方式使热量从低温物体传到高温物体，不违背热力学第二定律，故B错误；
C．晶体有固定的熔点而非晶体没有固定的熔点，故C错误；
D．布朗运动产生的原因是液体分子对悬浮颗粒各个方向的撞击力不平衡，不是悬浮颗粒分子的无规则运动，故D错误。
故选A。
2．D
【详解】
A．绝对零度是低温的极限，则物体的温度不可以降到-273.15℃以下，选项A错误；
B．当将橡皮筋拉伸时，橡皮筋内分子的引力和斥力都减小，引力减小的较慢，斥力减小的较快，选项B错误；
C．根据公式，知道水蒸气的摩尔体积和水分子所占空间的体积，可计算出阿伏加德罗常数，这里的V0是指水分子所占空间的体，而不是水分子实际的体积，故C错误；
D．摩擦生热是利用做功来改变物体的内能，选项D正确。
故选D。
3．D
【详解】
这四个过程都是与热现象有关的宏观过程，根据热力学第二定律可知，它们都是不可逆的，具有方向性。故D正确，ABC错误。
故选D。
4．B
【详解】
墨水原来处于较小的空间（一滴），无序程度小，后来处于较大空间，无序程度大，故熵变大。
故选B。
5．A
【详解】
煤、石油、水能、生物能的共同点是都是来自太阳辐射的能量，煤和石油都是不可再生能源，而水能和生物能是可再生能源；从自然界直接获取的能源为一次能源，煤、石油和水能可以从自然界里直接得到，属于一次能源。
故选A。
6．B
【详解】
A．温度是分子平均动能的标志，所以温度的高低决定分子平均动能的大小与压强无关，故A错误；
B．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故B正确；
C．满足热力学第一定律并不一定满足热力学第二定律，即凡是遵守热力学第一定律的过程都不一定都能够发生，故C错误；
D．由可知，绝热，当外界对气体做功时W为正，故内能一定增加，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
A．根据热力学第二定律，两物体接触后，热量自发地从高温物体传递到低温物体，A错误；
B．根据热力学第二定律，蒸汽机不能把蒸汽的内能全部转化为机械能而不引起其它变化，B错误；
C．根据热力学第一定律，叶片搅拌绝热容器中的水，引起水温升高，C正确；
D．根据热力学第二定律，利用能源的过程中会发生“能量耗散”现象，D错误。
故选C。
8．C
【详解】
自然资源是指能从自然界中直接获得的各种物质资源，包括一次能源和一些非能源的自然资源。矿产资源是指通过采矿而获得的各种资源，包括化石能源和一些非能源的矿产，矿产资源完全属于自然资源。能源是指能够提供能量的物质资源，自然资源中的流水、风都是能源，矿产资源中的煤、石油、天然气、铀等都是能源，但有的能源既不是矿产资源，也不是自然资源，如电能、汽油、柴油等等，C正确，ABD错误。
故选C。
9．C
【详解】
A．电流通过电路时，电能可以全部变为内能，A正确；
B．根据热力学第二定律，可知，在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能，B正确；
C．热机中，燃气内能不可能全部变为机械能，热机的效率不可能达到100%，C错误；
D．根据热力学第二定律，知热量不可能自发地从低温物体传递给高温度物体，D正确。
故选C。
10．B
【详解】
A．温度是表征物体内所有分子平均动能的物理量，物体温度升高，说明物体内所有分子的平均动能增大了，并不是所有分子的动能都增大了，故A错误；
B．水面表层分子很容易脱离水而进入空气中，所以水面表层的分子相对于水面以下较为稀疏，分子间距较大，分子间表现出相互吸引力，故B正确；
C．气体产生压强是由于气体分子不停息的运动而对接触物表面产生了持续的作用力，而不是由于分子间相互排斥的原因，故C错误；
D．电冰箱能将热量从低温物体转移到高温物体，其工作过程符合能量守恒定律，但不能自发的进行，需要消耗电能才能进行，故D错误。
故选B。
11．A
【详解】
A．根据热力学第二定律知，凡涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故A正确．
B．气体的压强越大，由 可知温度不一定越高，所以分子的平均动能不一定越大，故B错误．
C．外界对气体做正功，根据热力学第一定律△U=Q+W，知气体的内能不一定增大，还与热量的传递有关，故C错误．
D．温度升高，分子的平均动能越大，但由于分子的运动是无规则的，不是每一个分子的热运动速率都增大，故D错误．
故选A．
12．B
【详解】
A．多晶体和非晶体均具有各向同性，故物理性质表现为各向同性的固体不一定是非晶体，A错误；
B．同一物质的饱和汽压与温度有关，在不同温度下有不同的饱和蒸气压，并随着温度的升高而增大，B正确；
C．液晶具有光学各向异性，但是液晶不是晶体，C错误；
D．根据热力学第二定律可知，一个孤立系统的总熵不变或增加， D错误。
故选B。
13．ACD
【详解】
A．力学第二定律可知与热有关的自发的宏观物理过程都是不可逆的，选项A正确；
BC．由熵增加原理知，一切自然过程是沿分子热运动的无序性增大的方向进行，说明自然的物理过程具有方向性，选项B错误，C正确；
D．热运动是一种最无序的运动，内能是最无序运动所对应的能量，因此机械能可以全部转变为内能，但不可能将内能全部转变为机械能，选项D正确。
故选ACD。
14．ACD
【详解】
悬浮在液体中的小颗粒越小，布朗运动越明显，选项A正确；热量也可能从低温物体传到高温物体，但要引起其它变化，选项B错误；晶体和非晶体在一定条件下是可以相互转化的，C正确；理想气体的内能只与温度有关，则温度升高，内能一定增大，选项D正确；根据热力学第一定律可知，理想气体等压膨胀过程，温度升高，内能增加，对外做功，则不一定放热，选项E错误；故选ACD.
15．CDE
【详解】
A. 当一定质量气体吸热时，若同时对外做功，则其内能也可能减小，选项A错误；
B. 布朗运动是悬浮在液体表面的固体颗粒的无规则运动，是液体分子的无规则运动的反映，选项B错误；
C. 电冰箱的工作过程表明，热量可以从低温物体向高温物体传递，选项C正确；
D. 分子斥力随着分子间距离的增大而减小，选项D正确；
E. 根据可知，气体在等压膨胀过程中温度升高，则内能一定增加，选项E正确。
故选CDE。
16． 低温 高温 吸热 做功
【详解】
热力学第二定律有两种常见的表述，一是：不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化；二是：不可能从单一热源吸热热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化．
17． 不能 方向
【详解】
根据热力学第二定律知，热量可以自发地由高温物体传到低温物体，不能自发地由低温物体传到高温物体．所以热量会自发地从高温物体传给低温物体，不能自发实现相反过程，这说明热传导具有方向性．
18．BCE
【详解】
满足能量守恒定律的宏观过程不一定可以自发进行，比如热量就不能自发地从低温物体传到高温物体．故A错误．熵越大，物体内分子运动的无序性程度越大，故B正确；液体的饱和汽压与温度有关，与体积无关，故C正确；当分子间距增加时，分子间引力、斥力都减小，故D错误；当分子力表现为斥力时，分子力随着分子间距的减小而增加，在平衡位置分子势能具有最小值，故分子间距变化偏离平衡位置时，分子势能增加，故E正确；故选BCE．
19．ABD
【详解】
A、第二类永动机违反了热力学第二定律，但不违反能量守恒定律，故A正确；
B、被踩扁的乒乓球（表面没有开裂）放在热水里浸泡，恢复原状的过程中，球内气体对外做正功，温度升高，内能增加，根据热力学第一定律△U=Q+W知会从外界吸收热量，故B正确．
C、由于液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，故C错误．
D、分子间分子势能与距离的关系如图所示：
从图可以看出，分子势能变小，分子间距可能增加，也可能减小；若分子间距大于平衡间距，分子势能减小，分子间距变小，分子力可能增加，也可能减小，故D正确．
E、布朗运动是悬浮颗粒的无规则运动，而组成小颗粒的分子有成千上万个，颗粒的运动是大量分子集体的运动，并不是颗粒分子的无规则运动，布朗运动是液体分子无规则运动的反映，故E错误．
20．（1）35%；（2） ；（3）0.34亿吨；（4）见解析
【详解】
(1)有题意可知1kW·h=3.6×106J；该发动机的效率最高为
(2)根据题意可知
每秒钟的做功冲程数为
设做功冲程中的平均压强为p，则有用功率P为
代入数据可得
(3)已知，，亿吨。因为安装“增压器”前后有用功是相同的，所以有
可得
亿吨
(4)安装“增压器”后，仅节约柴油一项每年可为国家节约的资金为
0.34亿吨×3750元/吨＝1275亿元
由此可以看出，如果这项技术能得到广泛的应用，会给人类带来巨大的利益。但是，任何新技术在实际中的应用会受到各方面条件的影响和制约。应该说，节约和有效利用能源始终是人类需要努力的。
21．第一类永动机：不消耗任何能量但可以不断输出动力的发动机，例如通过燃烧氢气发电，再用部分电产生氢气，剩余部分输出。
第二类永动机：不消耗任何能量，吸收周围的能量并输出使用，例如，通过吸收空气中热量来发电；
第一类永动机违反了能量守恒定律，而第二类永动机不违反能量守恒定律，但第二类永动机不可能制成是因为它违背了热力学第二定律，即不可能从单一热源吸收热量，而源源不断的对外做功。
22．如果分子的运动可以自发地从无序变为有序，那么内能会自发地全部转化为机械能，低温物体会自发地将热量传递到高温物体等现象将会发生，这违背了热力学第二定律，这些现象将不可能自然发生。
23．(1)B、D　(2)①能，理由见解析　②
【详解】
(1)可估算需要10万年才能数完，所以A错；热力学第二定律告诉我们B正确；热机是把内能转化为机械能的机器，根据热力学第二定律可知C错；太阳能的开发和利用是人类开发新能源的主要思路，完全可以实现全民普及太阳能，所以D正确．正确的答案为B、D.
(2)①能．因为大气压强是由大气重力产生的，
由p0＝＝，得m＝
把查阅得到的数据代入上式得m≈5.2×1018kg
大气层空气的分子数为
N＝NA＝×6.0×1023个
≈1.1×1044个
②可认为中午同早晨教室内的压强不变，根据等压变化规律＝，
将T1＝280 K、T2＝300 K，代入得
V2＝V1
故跑到室外的空气体积ΔV＝V2－V1＝V1
所以跑到室外空气占早晨室内的比例为
＝＝.
答案第1页，共2页